AT390450B - DEVICE FOR CONTINUOUS ELECTRODEPOSITION OF METALS AT HIGH CURRENT DENSITY - Google Patents
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Description
Nr. 390 450No. 390 450
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung von Vertikalzellen für die kontinuierliche Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf die Anordnung der Pumpmittel für den Elektrolyten und auf die Ausbildung des unteren Teiles der Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Verbesserung vereinfacht die Vorrichtung selbst und die zugehörigen Wartungsarbeiten, während gleichzeitig einheitlichere flüssigkeitsdynamische Behandlungsbedingungen sichergestellt werden.The present invention relates to an improvement of vertical cells for the continuous electrodeposition of metals at high current density. In particular, the invention relates to the arrangement of the pumping means for the electrolyte and to the design of the lower part of the device. The improvement according to the invention simplifies the device itself and the associated maintenance work, while at the same time ensuring more uniform fluid dynamic treatment conditions.
Beim kontinuierlichen Beschichten oder Plattieren von Metallen, insbesondere von Stahlband, mit anderen Schutzmetallen (beispielsweise Zink und Zinklegierungen mit solchen anderen Metallen wie Eisen, Nickel usw.) werden hohe Bandgeschwindigkeiten (sogar über 150 m/min) und hoher Stromdichten (sogar über 180 A/dm^) immer mehr gebräuchlich. Diese Verfahren mit hoher Stromdichte erfordern natürlich eine gewisse Relativgeschwindigkeit zwischen dem Elektrolyt und dem zu beschichtenden Band - das als Kathode wirkt -, um sicherzustellen, daß das unvermeidbar gebildete Gas aus der Umgebung des Bandmaterials entfernt wird und um auch sicherzustellen, daß die Elektrolytsrömung ausreichend turbulent ist, um die Stärke der an Ionen des abzuscheidenden Metalles verarmten Grenzschicht zu vermindern, wodurch eine korrekte Abscheidung und eine zufriedenstellende Ausbeute ermöglicht werden.When continuously coating or plating metals, in particular steel strip, with other protective metals (e.g. zinc and zinc alloys with such other metals as iron, nickel, etc.), high strip speeds (even over 150 m / min) and high current densities (even over 180 A) / dm ^) more and more common. These high current density processes, of course, require some relative speed between the electrolyte and the strip to be coated - which acts as a cathode - to ensure that the inevitably formed gas is removed from the vicinity of the strip material and also to ensure that the electrolyte flow is sufficiently turbulent is to reduce the thickness of the boundary layer depleted in ions of the metal to be deposited, which enables correct deposition and a satisfactory yield.
Die betroffenen Verfahren erfordern auch sehr konstante flüssigkeitsdynamische Bedingungen - insbesondere bei der Elektro-Coabscheidung weil diese einen erheblichen Einfluß auf die Qualität und Zusammensetzung des Überzugs und auf die Verfahrensleistung haben.The processes concerned also require very constant liquid-dynamic conditions - especially in the case of electro-deposition because these have a considerable influence on the quality and composition of the coating and on the process performance.
Vom theoretischen Gesichtspunkt aus haben Elektroabscheidungsverfahren mit hoher Stromdichte entscheidende Vorteile, von denen tatsächlich einige in gewissem Ausmaß in den bisher errichteten Anlagen verwirklicht werden konnten. Die Situation scheint jedoch nach wie vor nicht völlig stabilisiert zu sein, insbesondere im Falle jener Halbprodukte, die zur Herstellung raschlebiger Gebrauchsartikel verwendet werden, welche eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Kombination mit einem sehr ansprechenden Äußeren erfordern, wie Bandmaterial, das beispielsweise zur Herstellung von Autokarosserien verwendet wird. Für solche Produktarten, insbesondere für Stahlband, das mit Zink und mit Zinklegierungen mit anderen Metallen (Eisen, Nickel usw.) beschichtet war, schien ursprünglich die Horizontalzellenanlage die Beschichtungsanlage schlechthin zu sein. Die praktische Erfahrung dürfte jedoch nicht völlig zufriedenstellend ausgefallen sein, weil Fabriken, in denen ursprünglich Horizontalzellen im Gebrach standen, offensichtlich zu einem Ersatz dieser Zellen durch Vertikalzellen übergehen.From a theoretical point of view, electrodeposition processes with a high current density have decisive advantages, some of which could actually be achieved to a certain extent in the plants built to date. However, the situation still does not appear to be fully stabilized, particularly in the case of the semi-products used for the manufacture of fast-moving consumer goods, which require excellent corrosion resistance in combination with a very attractive exterior, such as strip material, which is used, for example, for the manufacture of car bodies becomes. For such product types, in particular for steel strip coated with zinc and with zinc alloys with other metals (iron, nickel, etc.), the horizontal cell system originally seemed to be the coating system par excellence. However, the practical experience may not have been entirely satisfactory because factories in which horizontal cells were originally in use apparently are switching to replacing these cells with vertical cells.
Bei der Vertikalanordnung der Zelle durchläuft jedoch das Bandmaterial eine Zelleneinheit von oben nach unten und eine andere Zelleneinheit von unten nach oben, sodaß es unmöglich ist, in allen Zellen gleichmäßige flüssigkeitsdynamische Bedingungen an der Grenzfläche zwischen dem Bandmaterial und dem Elektrolyten sicherzustellen.In the vertical arrangement of the cell, however, the tape material passes through one cell unit from top to bottom and another cell unit from bottom to top, so that it is impossible to ensure uniform fluid dynamic conditions in all cells at the interface between the tape material and the electrolyte.
Zur Beseitigung dieses schwerwiegenden Nachteiles ist in der GB-B2-2162202 bereits eine Lösung vorgeschlagen worden, die sicherstellt, daß die Strömungsrichtung des Elektrolyten in den Zellen derart erfolgt, daß die erforderliche Gleichförmigkeit der flüssigkeitsdynamischen Bedingungen erreicht wird. Im speziellen werden in einem Zellenpaar, worin das zu beschichtende Metallband in einer Zelle von oben nach unten und in der anderen Zelle von unten nach oben geführt wird, in jeder Zelle Mittel zum Pumpen des Elektrolyten an jenen Stellen angeordnet, in welchen das Bandmaterial in die Zelle eintritt oder aus dieser austritt, sodaß die Strömungsrichtung des Elekrolyten in der einen Zelle des Zellenpaares zur Strömungsrichtung in der anderen Zelle entgegengesetzt verläuftTo overcome this serious disadvantage, a solution has already been proposed in GB-B2-2162202 which ensures that the direction of flow of the electrolyte in the cells is such that the required uniformity of the fluid dynamic conditions is achieved. Specifically, in a pair of cells in which the metal strip to be coated is guided from top to bottom in one cell and from bottom to top in the other cell, means for pumping the electrolyte are arranged in each cell at those locations in which the strip material enters the Cell enters or exits, so that the flow direction of the electrolyte in one cell of the cell pair is opposite to the flow direction in the other cell
Diese Vorrichtungsanordnung ist in den Betrieben industriell ausprobiert worden und hat zu hervorragenden Ergebnissen geführt. Es verbleiben jedoch einige wenige untergeordnete Nachteile, die im Betrieb Schwierigkeiten verursachen. Beispielsweise ist es schwierig, Pumpen in jedem Zellenpaar derart einzuregeln, daß sie völlig ausbalanciert sind. Dies führt zu einer mangelnden Gleichförmigkeit der Elektrolytströmungsbedingungen, was einen nachteiligen Effekt auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsqualität hat. Überdies erfordert die Anbringungsart der Pumpen die Montage eines Spritzschutzes, der jedoch eine mögliche Ursache für eine Beeinträchtigung der Oberflächenqualität des Bandmaterials und des Überzuges darstellt, während er gleichzeitig die Wartung der Zelle erschwert.This device arrangement has been tried out industrially in the factories and has led to excellent results. However, there remain a few minor disadvantages that cause difficulties in operation. For example, it is difficult to control pumps in each pair of cells so that they are fully balanced. This results in poor uniformity in the electrolyte flow conditions, which has an adverse effect on the uniformity of the coating quality. In addition, the type of installation of the pumps requires the installation of a splash guard, which, however, is a possible cause of a deterioration in the surface quality of the strip material and the coating, while at the same time making maintenance of the cell difficult.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diese und andere Nachteile dadurch zu vermeiden, daß eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die einfacher und zu geringeren Kosten verfügbar ist als die vorbekannten Anlagen und die gleichzeitig eine sehr rasche, stark turbulente Strömung des Elektrolyten in den Behandlungszellen sicherstellt.The present invention has set itself the task of avoiding these and other disadvantages by providing a device that is available more easily and at a lower cost than the previously known systems and at the same time a very rapid, highly turbulent flow of the electrolyte in ensures the treatment cells.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung liegt darin, die gleichen identischen flüssigkeitsdynamischen Bedingungen in jeder Zelle eines Zellenpaares sicherzustellen, womit die bestmögliche Ausbeute der Abscheidung und eine hervorragende Qualität der Abscheidung sichergestellt werden.Another object of this invention is to ensure the same identical fluid dynamic conditions in each cell of a pair of cells, thereby ensuring the best possible yield of the deposition and an excellent quality of the deposition.
In einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Elektroabscheidung von Metallen bei hoher Stromdichte auf anderen, in Bewegung befindlichen Metallgegenständen, insbesondere auf Metallband, welche Vorrichtung aus wenigstens einer Behandlungseinheit mit einer oberen und einer unteren, Elektrolyt enthaltenden und durch zwei vertikale Elektrobeschichtungszellen verbundenen Kammer besteht, worin das zu beschichtende Bandmaterial aus der genannten oberen Kammer durch die erste dieser Zellen nach unten zur unteren Kammer geführt wird, worin es umgelenkt und durch die zweite der genannten Kammern zu der oberen Kammer zurückgeführt wird, während der Elektrolyt in jeder der beiden Zellen in der entgegengesetzten Richtung geführt wird, wird ein Verbesserung -2-In a device for the continuous electrodeposition of metals at high current density on other moving metal objects, in particular on metal strip, which device consists of at least one treatment unit with an upper and a lower, electrolyte-containing chamber and connected by two vertical electro-coating cells, which is to coating tape material from said upper chamber is passed down through the first of these cells to the lower chamber where it is redirected and returned through the second of said chambers to the upper chamber while the electrolyte in each of the two cells is directed in the opposite direction there will be an improvement -2-
Nr. 390 450 eingeführt, um die Vorrichtung zu vereinfachen und gleichförmige flüssigkeitsdynamische Bedingungen in den Zellen sicherzustellen.No. 390 450 was introduced to simplify the device and ensure uniform fluid dynamic conditions in the cells.
Die Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß für jede der genannten Behandlungseinheiten nur eine Pumpvorrichtung verwendet wird, die an einem Ende von nur einer der beiden 5 Vertikalzellen angeordnet ist, wobei die Kammer, in welche die Förderung dieser Pumpenvorrichtung gerichtet ist, zur Gänze mit Elektrolyt gefüllt ist und mit dem Außenraum nur über die andere Kammer über die genannten vertikalen Elektrobeschichtungszellen in direkter kontinuierlicher Verbindung steht.The improvement according to the present invention is characterized in that only one pump device is used for each of the treatment units mentioned, which is arranged at one end of only one of the five vertical cells, the chamber into which the conveyance of this pump device is directed, is completely filled with electrolyte and is in direct continuous connection with the outside only via the other chamber via the vertical electro-coating cells mentioned.
Diese Pumpvorrichtung wird vorzugsweise am unteren Ende jener Zelle angeordnet, welche von dem zu beschichtenden Metallköiper von unten nach oben durchlaufen wird, wobei die Förderung der Pumpe in die untere 10 Kammer gerichtet ist; diese Pumpenvonichtung kann vorteilhaft aus einem Ejektor bestehen, das ist eine Vorrichtung, in welcher die hohe kinetische Energie einer primären Flüssigkeitsmenge zur Mimahme einer größeren sekundären Flüssigkeitsmenge verwendet wird und deren primäre Mitnahmeflüssigkeit aus Elektrolyt besteht, der aus der genannten unteren Kammer entnommen wird, wogegen die mitgerissene sekundäre Flüssigkeit aus Elektrolyt besteht, der aus der oberen Kammer durch die Vertikalzelle, an welcher der Ejektor 15 angeordnet ist, gezogen wird.This pumping device is preferably arranged at the lower end of the cell which the metal body to be coated traverses from bottom to top, with the pump being directed into the lower chamber; this pump device can advantageously consist of an ejector, which is a device in which the high kinetic energy of a primary amount of liquid is used to take a larger amount of secondary liquid and whose primary entrainment liquid consists of electrolyte which is taken from the lower chamber mentioned, whereas the entrained secondary liquid consists of electrolyte which is drawn from the upper chamber through the vertical cell on which the ejector 15 is arranged.
Da die genannte untere Kammer mit Elektrolyt gefüllt und verschlossen ist, ausgenommen die Verbindung mit der oberen Kammer über die vertikalen Zellen, kann der mit dem Ejektor aus der oberen Kammer zu der unteren Kammer gepumpte Elektrolyt zu der oberen Kammer nur durch die andere Zelle aufsteigen.Since said lower chamber is filled and sealed with electrolyte, except for the connection with the upper chamber via the vertical cells, the electrolyte pumped from the upper chamber to the lower chamber with the ejector can only ascend to the upper chamber through the other cell.
Da Flüssigkeiten inkompressibel sind, reicht es aus, die beiden Zellen mit den gleichen inneren 20 Querschnittsflächen auszubilden, um sicherzustellen, daß der Durchsatz und die Geschwindigkeit des Elektrolyten in jeder Zelle stets genau gleich groß sind.Since liquids are incompressible, it is sufficient to form the two cells with the same inner cross-sectional areas in order to ensure that the throughput and the speed of the electrolyte are always exactly the same in each cell.
Die vorliegende Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform, die in der angeschlossenen Zeichnung dargestellt ist, genauer beschrieben. Die Zeichnung stellt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Behandlungseinheit mit Vertikalzellen dar; die Beschreibung und die Darstellung sind nur 25 als Beispiel angegeben und sollten die Erfindung in keiner Weise beschränken.The present invention is described in more detail below with reference to an embodiment shown in the attached drawing. The drawing shows a vertical section through a treatment unit according to the invention with vertical cells; the description and illustration are given by way of example only and should in no way limit the invention.
Gemäß der Ausführungsform besteht die Behandlungseinheit aus einem in eine obere Kammer (1) und eine untere Kammer (2) unterteilten Behälter, die voneinander durch eine Trennwand (3) getrennt sind. Die Kammer (1) ist nach oben zu offen und weist Rollen (4) und (5) zum Umlenken des Bandmaterials (6) bei dessen Eintritt in die bzw. Austritt aus der Behandlungseinheit auf. Die Kammer (1) trägt auch mit Ventilen versehene 30 Auslässe (7) und (8), die zum Entleeren der Kammer (1) und zur Einstellung des pH-Werts und der Konzentration der verschiedenen Ionen für die Elektroabscheidung benötigt werden. Die hiefür verwendeten Einrichtungen sind nicht dargestellt, weil die zur Ausführung dieser Hilfsmaßnahmen benötigten Mittel bekannt sind und daher keine Beschreibung erfordern. Die andere Kammer (2) ist gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet und steht mit der Kammer (1) nur über die Elektrolysezellen (9) und (10) in Verbindung; die 35 Kammer (2) weist am Boden ein Rohr (11) mit einem Ventil (14) zum Ablassen der Flüssigkeit aus der Kammer auf und ist in ihrem Oberteil mit Mitteln, die in der Zeichnung mit (12) und (13) bezeichnet sind, ausgerüstet, um in der Kammer gegebenenfalls angesammeltes Gas abziehen zu können.According to the embodiment, the treatment unit consists of a container divided into an upper chamber (1) and a lower chamber (2), which are separated from one another by a partition (3). The chamber (1) is too open at the top and has rollers (4) and (5) for deflecting the strip material (6) when it enters or exits the treatment unit. The chamber (1) also has valve-fitted 30 outlets (7) and (8) which are required for emptying the chamber (1) and for adjusting the pH and the concentration of the various ions for the electrodeposition. The devices used for this are not shown because the means required to carry out these aid measures are known and therefore do not require a description. The other chamber (2) is hermetically sealed from the environment and communicates with the chamber (1) only via the electrolysis cells (9) and (10); the 35 chamber (2) has on the bottom a tube (11) with a valve (14) for draining the liquid from the chamber and is in its upper part with means, which are designated in the drawing with (12) and (13) , equipped to extract any gas that may have accumulated in the chamber.
Die Trennwand (3), welche die Kammer (1) von der Kammer (2) trennt, weist eine solche Form auf, daß in der Kammer (2) ein hochgelegener Teil zum Sammeln von gegebenenfalls darin gebildetem Gas ausgebildet 40 wird. Diese Trennwand (3) trägt die elektrolytischen Zellen (9) und (10). Der Unterteil jener elektrolytischen Zelle, durch welche das Bandmaterial von unten nach oben läuft, weist Einrichtungen zum Ansaugen von Elektrolyt aus der oberen Kammer (1) in die untere Kammer (2) durch die Zelle (10) selbst auf. Diese Einrichtungen bestehen vorzugsweise aus einer Ejektoreinheit (15), deren primäre Mitnahmeflüssigkeit der Elektrolyt selbst ist, der mit Hilfe einer Pumpe (16) aus der mit der unteren Kammer (2) verbundenen Leitung 45 (11) gepumpt wird, wogegen die mitgenommene sekundäre Flüssigkeit der Elektrolyt selbst ist, der innerhalb der Zelle (10) enthalten und kontinuierlich aus der oberen Kammer (1) angesaugt wird.The partition (3) which separates the chamber (1) from the chamber (2) has such a shape that a high part is formed in the chamber (2) for collecting any gas possibly formed therein. This partition (3) carries the electrolytic cells (9) and (10). The lower part of the electrolytic cell through which the strip material runs from bottom to top has devices for sucking electrolyte from the upper chamber (1) into the lower chamber (2) through the cell (10) itself. These devices preferably consist of an ejector unit (15), the primary entrainment liquid of which is the electrolyte itself, which is pumped by means of a pump (16) from the line 45 (11) connected to the lower chamber (2), whereas the entrained secondary liquid is the electrolyte itself, which is contained within the cell (10) and is continuously sucked out of the upper chamber (1).
Im Betrieb entnimmt die Pumpe (16) eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aus der Kammer (2) und führt diese über den Ejektor (15) wieder zurück, sodaß in der Kammer ein ausgewogener Kreislauf dieser Flüssigkeit stattfindet. Der durch den Ejektor (15) als Primärflüssigkeit gepumpte Elektrolyt zieht jedoch durch die Zelle 50 weiteren Elektrolyten aus der oberen Kammer (1) an. Auf diese Weise entsteht eine positive Bilanz hinsichtlich des in die untere Kammer (2) eintretenden Elektrolyts.In operation, the pump (16) takes a certain amount of liquid from the chamber (2) and feeds it back via the ejector (15), so that a balanced circulation of this liquid takes place in the chamber. However, the electrolyte pumped through the ejector (15) as the primary liquid attracts 50 further electrolytes from the upper chamber (1) through the cell. In this way, there is a positive balance with regard to the electrolyte entering the lower chamber (2).
Zufolge der Bauweise der unteren Kammer kann jedoch der aus der oberen Kammer angesaugte Elektrolyt sich nicht darin ansammeln, sondern nur aus der unteren Kammer (2) zur oberen Kammer (1) durch die elektrolytische Zelle (9) aufsteigen, und zwar mit einem Durchsatz, der genau der gleiche ist wie in Zelle (10), 55 sofeme die inneren Abmessungen der beiden Zellen gleich sind, was leicht bewerkstelligt werden kann.Due to the design of the lower chamber, however, the electrolyte drawn in from the upper chamber cannot accumulate therein, but can only rise from the lower chamber (2) to the upper chamber (1) through the electrolytic cell (9), with a throughput, which is exactly the same as in cell (10), 55 sofeme the internal dimensions of the two cells are the same, which can be easily accomplished.
Auf diese Weise werden die Ziele der vorliegenden Erfindung völlig und zufriedenstellend erreicht; in der Tat ist die Vorrichtung wirschaftlicher und zuverlässiger, weil nur eine einzige Pumpeinheit für jedes Zellpaar erforderlich ist; die Anwendung von Ejektoren stellt zwangsläufig eine hohe Elektrolytströmung in den Zellen unter sehr turbulenten Bedingungen sicher, die Druckbeaufschlagung der unteren, undeformierbaren Kammer (2), 60 die dauernd voll mit Flüssigkeit ist, mit durch eine der beiden Zellen eingesaugtem Elektrolyt stellt sicher, daß die gleiche identische Elektrolytmenge durch die andere der beiden Zellen zur oberen Kammer aufsteigt, sodaß in den beiden Zellen identische flüssigkeitsdynamische Bedingungen sichergestellt werden. -3-In this way, the objects of the present invention are fully and satisfactorily achieved; in fact, the device is more economical and reliable because only a single pumping unit is required for each pair of cells; the use of ejectors inevitably ensures a high electrolyte flow in the cells under very turbulent conditions, the pressurization of the lower, undeformable chamber (2), 60 which is constantly full of liquid, with electrolyte sucked in through one of the two cells ensures that the same identical amount of electrolyte rises through the other of the two cells to the upper chamber, so that identical liquid dynamic conditions are ensured in the two cells. -3-
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REN | Ceased due to non-payment of the annual fee | ||
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